Cu-CeO2基阳极直接甲烷SOFC的制备及其性能

采用干压法制备了NiO-YSZ(氧化钇稳定氧化锆)/(ZrO2)0.89(Sc2O3)0.1(CeO2)0.01(10ScSZ-1CeO2)半电池, 经还原-酸溶法除去NiO制备了多孔YSZ负载致密10ScSZ-1CeO2双层结构, 通过浸渍法在多孔YSZ阳极基体中引入Ce、Cu的硝酸盐制备Cu-CeO2-YSZ复合阳极, 结合La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)阴极构建了Cu-CeO2-YSZ/10ScSZ-1CeO2/LSCF单元电池. 通过X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)等手段对电池单元的物相、微观结构进行表征. 结果表明: 还原-酸溶法制备的YSZ/10ScSZ-1CeO2双层结构的YSZ基体具有孔隙率高(>64%)、孔洞连通性好的微观结构, 有助于采用浸渍法引入Ce、Cu硝酸盐; 10ScSZ-1CeO2电解质薄膜致密无缺陷, 厚约30 μm. 电性能测试表明所构建单元固体氧化物燃料电池(SOFC)具有良好的电性能输出, 在650 ℃以湿H2和CH4为燃料时的最大功率密度分别为0.29和0.09 W·cm-2; 在700 ℃以湿H2和CH4为燃料时的最大功率密度分别达到0.48 和0.21 W·cm-2. 优良的电性能主要归功于小的电解质内阻和阴极极化电阻以及良好的阳极微观结构.     

Cu-CeO_2基阳极直接甲烷SOFC的制备及其性能

采用干压法制备了NiO-YSZ(氧化钇稳定氧化锆)/(ZrO2)0.89(Sc2O3)0.1(CeO2)0.01(10ScSZ-1CeO2)半电池,经还原-酸溶法除去NiO制备了多孔YSZ负载致密10ScSZ-1CeO2双层结构,通过浸渍法在多孔YSZ阳极基体中引入Ce、Cu的硝酸盐制备Cu-CeO2-YSZ复合阳极,结合La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)阴极构建了Cu-CeO2-YSZ/10ScSZ-1CeO2/LSCF单元电池.通过X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)等手段对电池单元的物相、微观结构进行表征.结果表明:还原-酸溶法制备的YSZ/10ScSZ-1CeO2双层结构的YSZ基体具有孔隙率高(64%)、孔洞连通性好的微观结构,有助于采用浸渍法引入Ce、Cu硝酸盐;10ScSZ-1CeO2电解质薄膜致密无缺陷,厚约30μm.电性能测试表明所构建单元固体氧化物燃料电池(SOFC)具有良好的电性能输出,在650℃以湿H2和CH4为燃料时的最大功率密度分别为0.29和0.09W·cm-2;在700℃以湿H2和CH4为燃料时的最大功率密度分别达到0.48和0.21W·cm-2.优良的电性能主要归功于小的电解质内阻和阴极极化电阻以及良好的阳极微观结构.     

共压直接成型法制备单腔体固体氧化物燃料电池

采用共压直接成型法制备单腔体固体氧化物燃料电池(SC-SOFC),单电池结构为Ni-YSZ/YSZ/LSM,YSZ为8%(x)Y2O3稳定的ZrO2,LSM为锰酸镧锶(La0.7Sr0.3MnO3).应用扫描电子显微镜(SEM)研究了电池微观结构,结果表明:阴极和电解质之间结合紧密,LSM在阴极YSZ三维骨架上负载性能良好;YSZ电解质薄膜厚约50μm,阳极厚约600μm,阴极层厚约100μm.研究了单电池反应温度T,阴极催化剂负载层数n,甲烷和氧气混合体积比Rmix对电池输出性能的影响规律.在T=800℃、n=2、Rmix=2时,电池性能达到最佳,开路电压为0.95V,最大电流密度为130mA·cm-2,最大功率密度为30mW·cm-2.     

SOFC阴极材料LSM的合成及性能研究

分别采用固相法、甘氨酸-硝酸盐燃烧法和溶胶-凝胶法制备了固体氧化物燃料电池阴极材料La0.8Sr0.2MnO3(LSM)。将合成的粉体在不同的温度下烧结,并通过XRD确定粉末成相最低烧结温度为900℃;利用扫描电镜(SEM)对合成的粉体进行微观结构的观察和分析;采用Van-der Pauw四电极法测量片状阴极的直流电阻进而计算电导率;采用三电极法研究LSM阴极材料的电化学性能;结果表明,溶胶-凝胶法制备的LSM阴极与电解质的界面阻抗最小。同时,将3种方法制备的LSM应用到多孔阳极支撑型的固体氧化物燃料电池上,制备成全电池,并采用四电极法对全电池的输出性能进行测试分析,结果表明,溶胶-凝胶法制备的LSM阴极材料电化学性能良好,最大输出功率密度达317mW.cm-2。因此,溶胶-凝胶法合成的LSM粉末能够有效满足固体氧化物燃料电池阴极材料的要求。     

固体氧化物燃料电池用（La，Sr）（Co，Fe）O3-δ阴极的制备及其电化学催化性能

采用溶液注入法和丝网印刷法制备了(La,Sr)(Co,Fe)O3-δ (LSCF)/YSZ与LSCF/GDC复合电极,并通过扫描电镜和电化学阻抗谱研究了不同结构电极的微观形貌和电化学催化性能. 结果表明, LSCF阴极与YSZ电解质在低于800 ℃下制备时,没有新相产生; 在中温固体氧化物燃料电池的工作条件(700～750 ℃)下,溶液注入法制备的LSCF阴极与YSZ电解质有较好的化学相容性和较高的电化学催化活性,而丝网印刷法制备的LSCF阴极则表现出稳定的电化学催化性能.     

中温固体氧化物燃料电池Pr1.2Sr0.8NiO4阴极材料的制备、结构和性能

以相应的氧化物粉末和盐为原料,通过甘氨酸-硝酸盐法合成出了中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)Pr1.2Sr0.8NiO4(PSNO)阴极原料粉体,并制备出了烧结体试样.采用X射线衍射(XRD)分析对所合成粉体的相组成进行了分析,分别采用热膨胀仪和四端子法对PSNO烧结体试样的热膨胀系数和电导率进行了测定,同时对该阴极材料与Sm0.2Ce0.8O1.9(sco)电解质材料的电化学阻抗谱(EIS)进行了测试分析以SCO作电解质,分别以NiO/SCO和PSNO作阳极和阴极材料,制备出固体氧化物燃料单电池,并对其性能进行测试.实验结果表明,通过甘氨酸-硝酸盐法,在1050℃以上煅烧前驱体,可以获得具有K2NiF4结构的PSNO粉体.所制备的PSNO烧结体试样在200-800℃间的热膨胀系数约为12×10-6 K-1,在450℃下的电导率约为155 S· cm-1,在400-800℃,平均电导活化能为0.034 eV.电化学阻抗谱分析结果表明,在700 ℃下PSNO阴极和SCO电解质间的比表面阻抗(ASR)为0.37Ω·cm2,而Ni-SCO/SCO/PSNO单电池的比表面阻抗为0.61Ω·cm2;所制备的SOFC单电池在800℃下的输出功率为288 mW· cm-2,开路电压为0.75 V.本研究的初步结果表明PSNO 材料是一种综合性能较为优良的新型巾温固体氧化物燃料电池阴极材料.     

双过渡层阴极对流延法制备的阳极支撑直接碳固体氧化物燃料电池性能的改善作用

采用流延法制备了阳极支撑的固体氧化物燃料电池(SOFC),电解质材料为钇稳定化氧化锆(YSZ),阳极为镍和YSZ构成的金属陶瓷(Ni-YSZ),阴极为LSCF-GDC/LSCF复合材料,同时在阴极与电解质之间制备了YSZ-GDC/GDC双过渡层。分别采用含3%的加湿H_2和活性炭为燃料,对此电池的输出性能及阻抗谱进行测试。采用加湿H_2测试的结果表明:在800℃下,采用双过渡层电池的开路电压达到1 V,最大功率密度为680 mW·cm~(-2),比未改良电池的最大功率密度(372 mW·cm~(-2))提高了83%。直接采用固体碳为燃料时,具有双过渡层阴极的电池在850℃时的开路电压达到0.95 V,最大输出功率密度达429 mW·cm~(-2),几乎比无过渡层阴极的电池(225 mW·cm~(-2))高出1倍,特别是双过渡层阴极还使直接使用碳燃料的SOFC(DC-SOFC)的燃料利用率提高了33%。     

Ce0.8Sm0.2O1.9的尿素燃烧法合成与性能

采用以尿素为燃料的燃烧合成法制备Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)氧离子导体材料, 对燃烧合成粉体的物相和显微形态进行了表征, 并研究了燃烧法合成SDC的烧结性能以及烧结体的导电性能. 研究结果表明, 采用尿素燃烧法合成SDC具有简便高效和合成粉体烧结活性高的优点. 经过燃烧过程后即可得到立方萤石结构的纯相SDC粉体, 合成粉体的分散性良好, 为50~150 nm的球形颗粒, 具有高的烧结活性, 在1250 ℃的烧结温度下, 陶瓷样品的相对密度可达到95.1%. 在600和800 ℃的测试温度下, 烧结温度为1250 ℃的陶瓷样品的电导率分别达到5.4×10-2和1.0×10-1 Ω-1·cm-1.     

基于高度非对称结构电解质中空纤维的微管式固体氧化物燃料电池制备

提出了一种简单而方便的微管式固体氧化物燃料电池(MT-SOFCs)的制备新方法.首先应用改进相转化-烧结技术制备由致密电解质表皮薄层和多孔支撑层构成的高度非对称结构电解质中空纤维膜(微管),在电解质中空纤维膜的多孔支撑层内通过化学镀法沉积Ni催化剂作为电池阳极,而致密电解质表皮层直接作为电解质膜,在电解质微管外表面用浆料涂层法制备电池的多孔阴极,烧结后即得到完整的MT-SOFC.应用该方法制备了Ni-YSZ|YSZ|LSCF微管式电池,该电池以H2/空气作原料气,在800℃时最大输出功率达到159.6mWcm-2.     

单室固体氧化物燃料电池阴极材料La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3的电化学性能研究

采用高温固相法制备了La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3(LSCM)并利用XRD,SEM以及电化学阻抗谱(EIS)分别对粉体及电极进行研究。结果发现LSCM在C3H8-O2-N2混合气氛下能够保持很好的高温化学稳定性,且与电解质材料YSZ在1400℃空气气氛下不发生化学反应。电化学测试结果表明,阳极支撑型单室固体氧化物燃料电池Ni-YSZ|YSZ|LSCM在700℃、C3H8-O2-N2混合气氛下的短路电流密度达317 mA·cm-2,最大功率密度73 mW·cm-2。将LSCM与CGO形成梯度阴极,相同测试条件下,单室电池的短路电流密度为560 mA·cm-2,功率密度达到110 mW·cm-2,电池输出性能提高约50%。     

中温天然气燃料电池复合阳极NiO-La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ-Ce0.8Sm0.2O2-δ的制备和性能研究

采用共压-共烧结的方法制备了以NiO-La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ-Ce0.8Sm0.2O2-δ复合阳极为支撑、以Ce0.8Gd0.2O2-δ(GDC)为电解质、以La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3-δ(LSCF)-Ce0.8Gd0.2O2-δ(GDC)为复合阴极的单电池,在400～700 ℃范围内,以加湿天然气(3%H2O)为燃料气,氧气为氧化气,测试了电池的放电性能.利用XRD、SEM、EDX等手段对复合阳极进行结构、化学相容性、微观型貌和碳元素分析.分析结果表明,符合阳极具有较好的化学相容性,且阳极和阴极具有较好的孔隙、孔道结构.EDX测试结果表明有少量的碳沉积.在600℃进行了电池的稳定性测试.测试结果表明,该电池在13 h的测试过程中功率无明显衰减,具有较好的稳定性.复合阳极单电池在600℃得到最大电流密度,为215.49 mA·cm-2;最大功率流密度为44.85 mW·cm-2.     

TiO2修饰La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ用于中温固体氧化物燃料电池的阴极

纳米TiO2修饰的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)阴极被直接应用于YSZ电解质电池上. TiO2可阻止LSCF和YSZ间的化学反应,抑制SrZrO3的形成. LSCF-0.25 wt% TiO2阴极电池在0.7 V和600°C下的电流密度是LSCF阴极电池的1.6倍.电化学阻抗谱结果表明, TiO2修饰显著加快了氧离子注入电解质的过程,这可能与TiO2抑制了阴极/电解质界面处高电阻SrZrO3层的形成有关.本文为在ZrO2基电解质上使用高性能的(La,Sr)(Co,Fe)O3阴极材料提供了一种简单有效的方法.     

TiO2修饰La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ用于中温固体氧化物燃料电池的阴极

纳米TiO2修饰的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)阴极被直接应用于YSZ电解质电池上. TiO2可阻止LSCF和YSZ间的化学反应,抑制SrZrO3的形成. LSCF-0.25 wt% TiO2阴极电池在0.7 V和600°C下的电流密度是LSCF阴极电池的1.6倍.电化学阻抗谱结果表明, TiO2修饰显著加快了氧离子注入电解质的过程,这可能与TiO2抑制了阴极/电解质界面处高电阻SrZrO3层的形成有关.本文为在ZrO2基电解质上使用高性能的(La,Sr)(Co,Fe)O3阴极材料提供了一种简单有效的方法.     

中温固体氧化物燃料电池复合阴极Pr0.6-zSr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ-SDC性能研究

采用改进的溶胶-凝胶法合成固体氧化物燃料电池阴极系粉体Pr0.6-zSr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ(PSCF)(z=0,0.02,0.05,0.1)。使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对其相结构与形貌进行了分析,结果表明:900℃以上焙烧后的阴极粉体Pr0.6-zSr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ(z=0,0.02,0.05,0.1)为单一的钙钛矿结构。1000℃烧结的样品内粒子分布比较均匀,且颗粒内部存在一定程度的空隙,并与电解质附着情况良好。用直流四电极法测试阴极体系样品在400～750℃的电导率,发现各试样混合离子电子电导率均高于786 S.cm-1,能够满足固体氧化物燃料电池对阴极电导率的要求。用交流阻抗法测定PSCF-Ce0.8Sm0.2O1.9体系样品的阻抗谱,得到1000℃烧结的阴极体系对称电池在测试温度为750℃z=0,z=0.02,z=0.05时的极化电阻分别为0.041,0.040,0.034Ω.cm-2。     

复合掺杂氧化物La0.5Sr0.5CoO2.91的性能和稳定性

采用固相反应法和柠檬酸-硝酸盐溶胶-凝胶低温自蔓延燃烧法（简称柠檬酸法）合成了La0.5Sr0.5CoO2．91（LSC）复合氧化物。借助XRD和SEM对不同制备方法合成粉体的晶体结构和晶粒形貌进行了研究。结果表明：固相反应法可制得均一钙钛矿结构的LSC氧化物，柠檬酸法除制得LSC氧化物外，还有LaSrCoO4相的生成。柠檬酸-硝酸盐溶胶-凝胶低温自蔓延燃烧法合成粉体的粒度相对较小。为研究以Ce0．9Gd0.1O1．95（GDC）为电解质的固体氧化物燃料电池阴极材料的性能，将LSC粉体与GDC粉体按6：4（质量比）制备了固体氧化物燃料电池（SOFC）的阴极片。在空气气氛下使用直流四探针法研究了烧结样品300～800℃的电导率，发现由柠檬酸法得到粉体制备的阴极片的电导率值较高。将制备的样品置于马弗炉中800℃条件下烧结800h，比较失效前后电导率的变化情况，并借助XRD，SEM等测试手段分析样品电导率变化的原因。分析发现，失效后两种样品的电导率值都有所降低，且样品中都有新相生成，晶体形貌有较大的变化。     

低温制备掺杂氧化锆/氧化铈电解质

固体氧化物燃料电池(SOFC)及其组元的低温制备有利于材料和电池性能的优化,降低制备成本.立方相的全致密氧化钇稳定氧化锆(YSZ)电解质是SOFC中最通用的电解质.传统的烧结工艺需要在1 400-1 450℃才能实现YSZ电解质的致密,而使用纳米粉体和三步烧结工艺可以在1 200-1 300℃得到致密电解质.氧化钪稳定...     

薄膜型中温固体氧化物燃料电池 (SOFC)研制及性能考察

用一种廉价的湿化学方法 ,在Ni_YSZ阳极基膜上制备出致密的YttriaStabilizedZirconia(YSZ)薄膜 .薄膜的厚度约为 10 μm ,致密均匀 ,无裂纹等缺陷 .以Ni_YSZ阳极基膜 ,YSZ薄膜和锶掺杂锰酸镧阴极 (LSM )组装的SOFC单电池 ,在 80 0℃下功率密度达 0 1W /cm2 .研究分析表明 ,YSZ薄膜的IR降 (包括电极 /YSZ薄膜的接触电阻 )较小 ,不是影响电池性能的主要因素 ,大的阳极过电位是影响电池性能的主要因素 .     

YSZ传导膜H_2S固体氧化物燃料电池

研究了Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)氧离子传导膜H2S固体氧化物燃料电池性能。掺杂NiS、电解质、Ag粉和淀粉制备了双金属复合MoS2阳极催化剂,掺杂电解质、Ag粉和淀粉制备了复合NiO阴极催化剂,用扫描电镜对YSZ和膜电极组装(MEA)进行了表征,比较了不同电极催化剂的性能和极化过程,考察了不同温度对电池性能的影响。结果表明,双金属复合MoS2/NiS阳极催化剂在H2S环境下比Pt和单金属MoS2催化剂稳定,复合NiO阴极催化剂比Pt性能好,在电极催化剂中加入Ag可显著提高电极的导电性;与Pt电极相比,复合MoS2阳极和复合NiO阴极催化剂的过电位较小,阳极的极化比阴极侧小;温度升高,电池的电流密度与功率密度增加,电化学性能变好。在750℃、800℃、850℃和900℃及101.13 kPa时,结构为H2S、(复合MoS2阳极催化剂)/YSZ氧离子传导膜/(复合NiO阴极催化剂)、空气的燃料电池最大功率密度分别为30 mW/cm2、70 mW/cm2、155 mW/cm2及295 mW/cm2、最大电流密度分别为120 mA/cm2、240 mA/cm2、560 mA/cm2和890 mA/cm2。     

中温平板型固体氧化物燃料电池研究

采用流延法制备Ni/YSZ阳极支撑体 YSZ电解质复合膜素坯.经等静压,共烧结而得到的复合膜,其YSZ电解质层的厚度在1530μm之间,面积大于100cm2.再将由柠檬酸盐法合成的Ce0.8Sm0.2O1.9(CSO)和固相法合成的La0.6Sr0.4CoO3(LSCO)相继沉积到YSZ膜上形成有CSO中间层的复合阴极,从而构成Ni/YSZ/CSO/LSCO的中温平板型固体氧化物燃料(单体)电池,其中Ni/YSZ为阳极,CSO是中间层,LSCO为阴极.以H2作燃料气,O2为氧化气,850℃下,该单电池开路电压达1.1V,最大输出功率密度0.2W/cm2.本文还对该单电池复数阻抗谱进行了分析讨论.     

EDTA-甘氨酸法制备SmBaCo2O5+δ阴极材料及其性能

采用EDTA-甘氨酸法(EGP)合成了中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)的阴极材料SmBaCo2O5+δ(SBCO).通过热重-差热分析(TG-DTA),X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM),扫描电镜(SEM),直流四极法及交流阻抗技术分析材料的性能.结果表明,初始粉体在850°C煅烧5 h形成钙钛矿结构单相.EGP制备的SBCO粉体颗粒细小、分散性好、粒径分布均匀,其与Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)电解质材料具有良好的高温化学相容性.SBCO的电导率在500-800°C时达到668-382 S cm-1.以SDC为电解质,SBCO为阴极制备对称半电池,其界面结合良好,颗粒连接充分,形成好的三相界面,具有高的阴极催化活性,750°C时阴极极化电阻为0.0688Ωcm2,远低于固相法(SSR)的值,活化能(Ea)为122.21 kJ mol-1.